(57)【要約】  エンコーダ（１３０）は、直線運動部（１）に対して直接又は間接に接続する回転運動部（２）を回転させて、直線運動部（１）を中心軸（Ｌ）方向に直線運動させるアクチュエータ（Ａ）におけるエンコーダであって、回転運動部（２）における中心軸（Ｌ）方向の一端に配置されると共に外周面に検出用パターンが形成されたエンコーダディスク（１３２）と、外周面に対向して配置されて検出用パターンを検出する検出器（１３６）と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線運動部に対して直接又は間接に接続する回転運動部を前記直線運動部に対して回転させて、前記直線運動部を中心軸方向に直線運動させるアクチュエータにおける前記回転運動部の回転を検出するエンコーダであって、
前記回転運動部における前記中心軸方向の一端に配置されると共に外周面に検出用パターンが形成されたエンコーダディスクと、
前記外周面に対向して配置されて前記検出用パターンを検出する検出器と、
を備えるエンコーダ。
【請求項２】
前記検出用パターンは、中心軸方向に対して平行な歯先又は溝である請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記検出用パターンは、複数の出力相に対応する複数のパターンを有する請求項１又は２に記載のエンコーダ。
【請求項４】
回転運動を直線運動に変換する変換機構と、
前記変換機構の回転運動部を直線運動部に対して回転させる駆動部と、
前記回転運動部の回転を検出する検出するエンコーダと、
を備えるアクチュエータにおいて、
前記エンコーダとして、請求項１から３のうちいずれか一項に記載のエンコーダを用いるアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンコーダ及びアクチュエータに関する。
本願は、２０１０年７月３０日に、日本に出願された特願２０１０−１７２２６１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
回転駆動部を有するアクチュエータでは、回転駆動部の回転位置等を検出することにより、移動部の位置等を高精度に制御することができる。
例えば、ボールねじ機構を有するアクチュエータにおいて、モータに連結されたナットの回転位置等をエンコーダで検出することで、ナットに噛合うねじ軸の直線移動位置や直線移動速度等を高精度に制御することができる。【０００３】
アクチュエータ用のエンコーダとしては、特許文献１等に開示されるように、電磁誘導型エンコーダが用いられている。
電磁誘導型エンコーダを用いる場合には、回転駆動部に取り付けたエンコーダ用ディスクと検出器との距離を例えば１ｍｍ以下に保つ必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−６８５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ボールねじ機構等の回転直線変換機構（回転運動を直線運動に変換する変換機構）にエンコーダを設ける場合には、ナット等の回転運動部の中心軸方向の端面にエンコーダ用ディスクを設ける。このエンコーダ用ディスクの表面に形成されたパターンを検出器で読み取ることで、回転運動部の回転位置等を検出する。【０００６】
上述の回転直線変換機構を用いたアクチュエータにおいては、ねじ軸等の直線運動部が中心軸方向に外力（反力）を受けると、ナット等の回転運動部に外力が伝わって、回転運動部が中心軸方向に微少移動する。これにより、エンコーダ用ディスクと検出器の距離が変化したり、両者が接触したりして、エンコーダによる回転運動部の回転位置等の検出が不安定又は困難になるという問題がある。【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、回転直線変換機構を有するアクチュエータの回転を良好に検出することができるエンコーダ及びアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のエンコーダの一態様は、直線運動部に対して直接又は間接に接続する回転運動部を前記直線運動部に対して回転させて、前記直線運動部を中心軸方向に直線運動させるアクチュエータにおける前記回転運動部の回転を検出するエンコーダであって、前記回転運動部における前記中心軸方向の一端に配置されると共に外周面に検出用パターンが形成されたエンコーダディスクと、前記外周面に対向して配置されて前記検出用パターンを検出する検出器と、を備える。【０００９】
本発明のアクチュエータの一態様は、回転運動を直線運動に変換する変換機構と、前記変換機構の回転運動部を直線運動部に対して回転させる駆動部と、前記回転運動部の回転を検出する検出するエンコーダと、を備えるアクチュエータにおいて、前記エンコーダとして、本発明に係るエンコーダを用いる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回転運動を直線運動に変換する変換機構を用いたアクチュエータの直線運動部が中心軸方向に外力（反力）を受けて回転運動部が中心軸方法に微少移動したとしても、エンコーダ用ディスクと検出器の距離が変化したり、両者が接触したりしないので、回転運動の回転を安定して検出することができる。
したがって、直線運動部を高精度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るエンコーダを組み込んだアクチュエータを示す斜視図である。
【図２Ａ】エンコーダディスク及び電磁誘導型検出器を示す側面図である。
【図２Ｂ】エンコーダディスク及び電磁誘導型検出器を示す正面図である。
【図３】エンコーダディスクを示す斜視図である。
【図４】エンコーダディスクの変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
アクチュエータＡは、ボールねじ機構（回転運動を直線運動に変換する回転直線変換機構１０１）を組み込んだアクチュエータである。アクチュエータＡは、出力軸であるねじ軸１を中心軸方向に往復移動可能であり、中心軸方向の任意の位置でねじ軸１を停止させることができる。
アクチュエータＡの用途としては、例えば、自動車（ステアリング等）、産業用ロボット、半導体製造装置、射出成形機（金型駆動ユニット）等が挙げられる。
【００１３】
回転直線変換機構１０１は、ボールねじ機構であって、ねじ軸１と、ねじ軸１の周方向に配置されるナット２と、ねじ軸１とナット２の間に介在する多数の転動体（ボール）３とを備える。
そして、転動体３の転動を利用して、ナット２に対してねじ軸１を円滑に移動させることができる。
【００１４】
ねじ軸１は、概略円柱状をなしており、その外周面にらせん状の転動体転走溝が形成される。本実施形態においては、転動体転走溝は中心線Ｌに対してらせん状に形成される。
【００１５】
ナット２は、ねじ軸１を挿入可能な内周面を有する円筒状を有する。ナット２の内周面には、ねじ軸１の転動体転走溝に対応するらせん状の負荷転動体転走溝が形成される。負荷転動体転走路は、転動体転走溝と負荷転動体転走溝から形成される。
ナット２の外周面に形成された溝には、循環パイプ２ａが別体として埋入される。循環パイプ２ａには、負荷転動体転走路を転動する転動体３を戻す戻し通路及び負荷転動体転走路と戻し通路を接続する方向転換路が形成される。循環パイプ２ａは、循環パイプ押さえ２ｂでねじ止め固定される。
【００１６】
アクチュエータＡは、回転直線変換機構１０１のナット２を回転させる中空モータ１１０と、ナット２の回転位置等を検出するエンコーダ１３０と、エンコーダ１３０の検出信号が入力されると共に中空モータ１１０に駆動信号を出力する制御部等を備える。
ナット２の回転位置等をエンコーダ１３０で検出し、この検出結果に基づいて不図示の制御部が中空モータ１１０に指令を発することで、ねじ軸１の移動量等を制御する。
【００１７】
中空モータ１１０は、ハウジング７４に一体的に組み込まれている。ナット２の外周面には、中空モータ１１０のロータとなる永久磁石１１１が固定される。中空モータ１１０のステータとなる三相コイル１１２は、永久磁石１１１を取り囲んだ状態でハウジング７４に一体的に固定される。
アクチュエータＡは、中空モータ１１０によってナット２を回転させることで、中心軸方向に移動するねじ軸１がハウジング７４から出入りする。
【００１８】
ナット２の軸方向の両端部は、ベアリング７６，７７に回転可能に支持される。ベアリング７６，７７は、ハウジング７４の内部に組み込まれる。
ベアリング７６，７７を挟んで、ナット２の一端部側にエンコーダ１３０が設けられる。また、ナット２の他端部側に外筒７５が設けられる。
【００１９】
外筒７５は、ハウジング７４の内周面に設けられる。外筒７５には、ねじ軸１が中心軸Ｌ回りに回転するのを防止し、かつ、ねじ軸１がその中心軸Ｌ方向に直線運動するのを許容するスプライン溝７５ａが形成される。
ねじ軸１の一部には、スプライン軸１ａが形成される。スプライン軸１ａは、外筒７５のスプライン溝７５ａに対向する。
スプライン溝７５ａ及びスプライン軸１ａは、回り止め機構を構成する。回り止め機構（１ａ，７５ａ）によって、ねじ軸１の中心軸Ｌ回りの回転が制限されているので、ねじ軸１がナット２と一緒に回転することはない。
【００２０】
エンコーダ１３０は、ナット２の中心軸Ｌ方向の一端部側に設けられる。エンコーダ１３０は、エンコーダディスク１３２と検出器１３６等を備える。エンコーダディスク１３２は、略円筒形状に形成されたナット２の一端面に、アダプタ１３５を介して固定される。
【００２１】
エンコーダディスク１３２は、例えば１０ｍｍ程度の厚みを有する鉄鋼等の磁性体からなる円板形部材である。エンコーダディスク１３２の外周面には、検出用パターンとして歯車１３３が形成される。
エンコーダディスク１３２は、中央に孔が設けられたドーナッツ盤状に形成される。この孔の内径は、ねじ軸１の外径よりも大きく設定される。同様に、アダプタ１３５にも、エンコーダディスク１３２の孔と同一の内径の貫通孔が設けられている。
したがって、ねじ軸１が中心軸Ｌ方向に直線運動した際に、ねじ軸１がエンコーダディスク１３２及びアダプタ１３５を貫通して、直線運動できる。
【００２２】
歯車１３３は、中心軸Ｌ方向に対して平行な歯先（平歯）を有している。
歯車１３３は、２つの第一歯先１３３ａ，第二歯先１３３ｂをエンコーダディスク１３２の厚み方向に重ねて形成される。例えば、エンコーダディスク１３２のうち、アダプタ１３５に接する面から厚さ方向に５ｍｍの幅の第一歯先１３３ａが形成される。第一歯先１３３ａに対して厚さ方向に重ねて５ｍｍの幅の第二第二歯先１３３ｂが形成される。
歯車１３３のうち、第一歯先１３３ａは、エンコーダディスク１３２の外周面に例えば６４個の歯が均等間隔に形成される。また、歯車１３３のうち、第二歯先１３３ｂは、エンコーダディスク１３２の外周面に１個の歯が形成される。
エンコーダディスク１３２の外周面に、２つの検出用パターン（第一歯先１３３ａ，第二歯先１３３ｂ）が形成される。第一歯先１３３ａの複数個の歯のうちの一つと第二歯先１３３ｂの一つの歯は一体的に形成される。
第一歯先１３３ａ，第二歯先１３３ｂの歯形は、インボリュート曲線に限らない。第一歯先１３３ａ，第二歯先１３３ｂの歯形は、サイクロイド曲線やトロコイド曲線であってもよい。第一歯先１３３ａ，第二歯先１３３ｂの歯形は、台形や平板形等であってもよい。
第一歯先１３３ａ，第二歯先１３３ｂの歯形は、いずれの歯形においても、中心軸Ｌ方向に対して平行な歯先（平歯）を有している。
【００２３】
エンコーダディスク１３２の外周面側には、歯車１３３に対向して（臨んで）検出器１３６が配置される。この検出器１３６には、電磁誘導方式の検出器を使用できる。
電磁誘導型検出器１３６は、エンコーダディスク１３２の外周面（歯先）から例えば約１ｍｍ程度の間隔を空けて、ハウジング７４の内周面に固定される。
【００２４】
電磁誘導型検出器１３６は、検出素子（励磁コイルと検出コイル）を内蔵したチップ型センサである。電磁誘導型検出器１３６の検出素子からの信号は、不図示の読み出し回路に出力される。読み出し回路は、検出対象の金属（第一歯先１３３ａ，第二歯先１３３ｂ）の存在に応じて検出素子に発生する電磁誘導を検出し、コンパレータ等を介して検出信号として出力する。
【００２５】
電磁誘導型検出器１３６は、第一歯先１３３ａに対する２つの検出素子１３６ａ，１３６ｂと、第二歯先１３３ｂに対する１つの検出素子１３６ｃを有する。電磁誘導型検出器１３６の２つの検出素子１３６ａ，１３６ｂで第一歯先１３３ａを検出することにより、Ａ相信号とＢ相信号を出力する。電磁誘導型検出器１３６の検出素子１３６ｃで第二歯先１３３ｂを検出することにより、Ｚ相信号を出力する。
第二歯先１３３ｂがエンコーダディスク１３２の外周面に１個の歯を有するので、Ｚ相信号はエンコーダディスク１３２の１回転に１回だけ出力する。Ｚ相信号は、原点用の信号として用いられる。
【００２６】
電磁誘導型検出器１３６の検出素子のうち、第一歯先１３３ａを検出する検出素子１３６ａ，１３６ｂは、第一歯先１３３ａの厚み方向（中心軸Ｌ方向）のほぼ中心に配置される。第二歯先１３３ｂを検出する検出素子１３６ｃは、第二歯先１３３ｂの厚み方向（中心軸Ｌ方向）のほぼ中心に配置される。
【００２７】
本実施形態のエンコーダ１３０は、エンコーダディスク１３２の外周面側（ラジアル方向）に、所定の距離を隔てて電磁誘導型検出器１３６が配置される。
したがって、エンコーダディスク１３２が外力（反力）の影響等により中心軸Ｌ方向に移動した場合であっても、エンコーダディスク１３２と電磁誘導型検出器１３６の距離は変化しない。このため、エンコーダディスク１３２を取り付けたナット２の回転（回転位置、回転速度、回転量）を正確に検出し続けることができる。
【００２８】
ねじ軸１に対して中心軸Ｌ方向に外力（反力）が加わると、その外力はナット２に伝達される。更に、ナット２をハウジング７４に対して支持するベアリング７６，７７が弾性変形する。このため、エンコーダディスク１３２が中心軸Ｌ方向に、例えば１〜２ｍｍ程度移動してしまう虞がある。
【００２９】
しかし、本実施形態のエンコーダ１３０では、エンコーダディスク１３２と電磁誘導型検出器１３６の距離は変化しない。しかも、エンコーダディスク１３２が電磁誘導型検出器１３６に対して１〜２ｍｍ程度、中心軸Ｌ方向に平行移動したとしても、電磁誘導型検出器１３６の検出範囲内に第一歯先１３３ａ，第二歯先１３３ｂが存在する。なぜなら、エンコーダ１３０の歯車１３３（第一歯先１３３ａ，第二歯先１３３ｂ）は、中心軸方向に対して平行な歯先であり、また、歯車１３（第一歯先１３３ａ，第二歯先１３３ｂ）の厚みが、外力によるエンコーダディスク１３２の移動量（１〜２ｍｍ）よりも大きく（各５ｍｍ）形成されているからである。
したがって、エンコーダ１３０では、エンコーダディスク１３２の中心軸Ｌ方向への平行移動に拘らず、エンコーダ１３０の検出パターン（第一歯先１３３ａ，第二歯先１３３ｂ）を検出して、ナット２の回転（回転位置、回転速度、回転量）を正確に求め続けることができる。
【００３０】
また、エンコーダ１３０として、電磁誘導型エンコーダを用いたので、塵埃、油等が多く存在する劣悪な環境下においても、エンコーダディスク１３２の検出用パターン（第一歯先１３３ａ，第二歯先１３３ｂ）を良好に検出することができる。
【００３１】
また、エンコーダディスク１３２の検出用パターンとして、歯車の歯先を用いたので、エンコーダディスク１３２を製作が容易となる。
【００３２】
また、エンコーダ１３０が、複数の出力相（Ａ相、Ｂ相、Ｚ相）に対応する複数の検出用パターン（第一歯先１３３ａ，第二歯先１３３ｂ）を有するので、ナット２の回転を高精度に求めることができる。
【００３３】
そして、アクチュエータＡは、上述したエンコーダ１３０を備えるので、ねじ軸１の位置決め等を高精度に制御できる。
【００３４】
次に、エンコーダディスクの変形例（エンコーダディスク２３２）について説明する。以下では、上述のエンコーダディスク１３２との相違点について主に説明する。
【００３５】
エンコーダディスク２３２は、エンコーダディスク１３２とほぼ同一の外形を有している。エンコーダディスク２３２の外周面には、検出用パターンとして歯車２３３が形成される。歯車２３３は、上述の第一歯先１３３ａと同一形状の歯先２３４を有している。
【００３６】
歯先２３４は、エンコーダディスク２３２の外周面に例えば６４個の歯が均等間隔に形成される。
歯先２３４の中心軸Ｌ方向の長さは、エンコーダディスク１３２の厚みとほぼ同一に形成される。歯先２３４は、エンコーダディスク１３２の厚さ方向に１０ｍｍの幅で形成される。上述の第一歯先１３３ａの長さ（厚み）のほぼ２倍である。
【００３７】
６４個の歯のうちの一つの歯２３４ｋは、中心軸Ｌ方向の長さ（厚み）が他の歯の長さの半分程度に形成される。歯２３４ｋは、エンコーダディスク１３２の厚さ方向に５ｍｍの幅で形成される。上述の第一歯先１３３ａの長さと同一である。
【００３８】
歯２３４ｋは、他の歯と同時に同一の歯幅で形成された後に、エンドミルなどにより、半分の歯幅に加工される。
歯２３４ｋを後加工することにより、エンコーダディスク２３２の外周面には、円周方向において歯２３４ｋと同位置に、中心軸Ｌ方向に延びる溝２３５が形成される。溝２３５の中心軸Ｌ方向の長さは５ｍｍである。溝２３５は、歯２３４ｋ（歯車２３３）の歯元よりも深く形成される。
【００３９】
このようにして、エンコーダディスク２３２の外周面に、２つの検出用パターン（歯先２３４，溝２３５）が形成される。
電磁誘導型検出器１３６の２つの検出素子１３６ａ，１３６ｂは、歯先２３４のうち、幅方向において溝２３５が存在しない領域を検出する。２つの検出素子１３６ａ，１３６ｂは、Ａ相信号とＢ相信号を出力する。
【００４０】
電磁誘導型検出器１３６の検出素子１３６ｃは、歯先２３４のうち、幅方向において溝２３５が存在する領域を検出する。１つの検出素子１３６ｃは、溝２３５を検出しないことにより、Ｚ相信号を出力する。
溝２３５の底部は検出素子１３６ｃの検出範囲外にあるので、検出素子１３６ｃは溝２３５を検出することはできない。このため、検出素子１３６ｃは、歯先２３４が存在する領域では検出素子１３６ａ，１３６ｂと同様の信号を出力する。一方、検出素子１３６ｃは、溝２３５が存在する部分では、検出素子１３６ａ，１３６ｂとは異なる信号を出力する。検出素子１３６ｃは、溝２３５が存在する部分では信号を出力しない場合であってもよい。
したがって、検出素子１３６ｃは、溝２３５に対応して、エンコーダディスク１３２の１回転に１回だけＺ相信号を出力する。
【００４１】
エンコーダディスク２３２は、歯先２３４を形成した後に、小さな溝２３５を形成（加工）するだけなので、加工時間が短く、安価に製造することができる。
【００４２】
上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４３】
例えば、回転運動を直線運動に変換する回転直線変換機構１０１として、ボールねじ機構を用いる場合について説明したが、これに限らない。回転運動を直線運動に変換する回転直線変換機構であれば、どのような形態・形式の機構であっても構わない。
【００４４】
回転直線変換機構１０１のナット２に循環パイプ２ａを埋入させる場合について説明したが、これに限らない。デフレクタ式、エンドキャップ式であってもよい。
【００４５】
また、アクチュエータＡの駆動部として、ナット２を回転させる場合について説明したが、これに限らない。
ねじ軸１を回転させて、ナット２を直線運動させる場合であってよい。エンコーダ１３０は、駆動部の移動量を検出する場合に限らず、出力部の移動量を検出する場合であってもよい。この場合には、回り止め機構（１ａ，７５ａ）に代えて、ナット２の中心軸Ｌ回りの回転が制限する回り止め機構を設ける。
【００４６】
エンコーダ１３０（検出器１３６）として、電磁誘導型について説明したが、これに限らない。例えば、光学式、磁気式、接触式等であってもよい。
【００４７】
検出用パターンとして歯車１３３（歯先）を用いる場合について説明したが、これに限らない。例えば、スリット孔、磁気パターン等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明のエンコーダによれば、回転運動の回転を安定して検出することができる。本発明のアクチュエータによれば、直線運動部を高精度に制御することができる。
【符号の説明】
【００４９】
Ａ…アクチュエータ、  １…ねじ軸（直線運動部）、  １ａ…スプライン軸（回り止め機構）、  ２…ナット（回転運動部）、  ７４…ハウジング、  ７５ａ…スプライン溝（回り止め機構）、  ７６，７７…ベアリング、  １０１…変換機構、  １１０…中空モータ（駆動部）、  １３０…エンコーダ、  １３２…エンコーダディスク、  １３３ａ…第一歯先（検出用パターン）、  １３３ｂ…第二歯先（検出用パターン）、  １３６…検出器、  １３２…エンコーダディスク、  １３３ａ…第一歯先（検出用パターン）、  １３３ｂ…第二歯先（検出用パターン）、  ２３２…エンコーダディスク、  ２３４…歯先（検出用パターン）、  ２３５…溝（検出用パターン）、  Ｌ…中心線
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
2012014697.tif 000007
【国際調査報告】
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2012014697.tif 000009